(57)【要約】      （修正有）【課題】外乱光の照度の高い環境下でも使用できる光学式タッチパネルを提供する。【解決手段】光学式タッチパネル１０は座標入力領域１１と近赤外領域の光を発光する発光素子１２と、可視および近赤外領域の光を受光する受光素子１３と、発光素子１２に結合した発光側光導波路１４と、受光素子１３に結合した受光側光導波路１５を備える。発光側光導波路１４の出射端１４ａは座標入力領域１１を隔てて受光側光導波路１５の入射端１５ａと対向している。受光側光導波路１５はその表面に有機着色層１６を有する。有機着色層１６は可視光の透過率が低く近赤外光の透過率が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力領域と、近赤外領域の光を発光する発光素子と、可視および近赤外領域の光を受光する受光素子と、前記発光素子に結合した発光側光導波路と、前記受光素子に結合した受光側光導波路とを備えた光学式タッチパネルであって、
前記発光側光導波路の出射端は前記座標入力領域を隔てて前記受光側光導波路の入射端と対向し、
前記受光側光導波路はその表面の少なくとも一部に有機着色層を有し、
前記有機着色層は、可視光の透過率が近赤外光の透過率より低いことを特徴とする光学式タッチパネル。
【請求項２】
前記有機着色層は、波長６００ｎｍの可視光の透過率が２０％以下であり、波長８５０ｎｍの近赤外光の透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式タッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式タッチパネルは座標入力領域の透過率が高く画像が鮮明で信頼性に優れるため、銀行のＡＴＭや駅の券売機などに広く採用されている。しかし光学式タッチパネルは太陽光線やランプなどの外乱光の強い場所に設置されると、受光素子の入力が過大となり、タッチの検出が不可能になる。
【０００３】
そこで座標入力領域の周囲に並べられた発光素子列および受光素子列の上部に遮光性部材を設け、外乱光の侵入を防止した光学式タッチパネルが知られている（特許文献１）。しかしこのような光学式タッチパネルは外乱光の阻止がまだ十分ではないため、より照度の高い環境、例えば屋外では依然として使用が難しい。
【特許文献１】特開平１１−８６６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光学式タッチパネルは太陽光線やランプなどの外乱光の強い場所に設置されると、受光素子の入力が過大となり、タッチの検出が不可能になる。本発明の目的は外乱光の照度の高い環境下でも使用できる光学式タッチパネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光学式タッチパネルは受光側光導波路の表面の、少なくとも外乱光を直接受けるおそれのある箇所に有機着色層を有する。この有機着色層の光の透過率は発光素子の発光波長（８５０ｎｍ付近の近赤外領域）で高く、可視領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）で低い。そのため可視領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の外乱光の照度が高くても受光素子の入力が過大にはなりにくい。これにより本発明の光学式タッチパネルは可視外乱光の照度の高い環境下でも使用できる。
【０００６】
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の光学式タッチパネルは、座標入力領域と近赤外領域の光を発光する発光素子と可視および近赤外領域の光を受光する受光素子と発光素子に結合した発光側光導波路と受光素子に結合した受光側光導波路とを備えた光学式タッチパネルであって、発光側光導波路の出射端は座標入力領域を隔てて受光側光導波路の入射端と対向し、受光側光導波路はその表面の少なくとも一部に有機着色層を有し、有機着色層は可視光の透過率が近赤外光の透過率より低いことを特徴とする。
（２）本発明の光学式タッチパネルは、有機着色層の波長６００ｎｍの可視光の透過率が２０％以下であり、波長８５０ｎｍの近赤外光の透過率が８０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光学式タッチパネルは受光側光導波路の表面に設けた有機着色層により可視領域の外乱光を遮蔽するため、外乱光の照度の高い（例えば１０，０００ルクス）環境下でも使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［光学式タッチパネル］
図１（概略断面図）に示すように、本発明の光学式タッチパネル１０は座標入力領域１１と近赤外領域の光を発光する発光素子１２と、可視および近赤外領域の光を受光する受光素子１３と、発光素子１２に結合した発光側光導波路１４と、受光素子１３に結合した受光側光導波路１５を備える。発光側光導波路１４の出射端１４ａは座標入力領域１１を隔てて受光側光導波路１５の入射端１５ａと対向している。受光側光導波路１５はその表面の少なくとも一部に有機着色層１６を有する。有機着色層１６は可視光の透過率が低く近赤外光の透過率が高い。有機着色層１６は少なくとも外乱光を直接受ける箇所を覆うことが好ましい。
【０００９】
本発明の光学式タッチパネル１０は伝播する光１７を受光側光導波路１５を通して受光素子１３へ導くことにより、受光素子１３の数が大幅に少なくなり、受光素子１３の配置場所の自由度も高いため、それだけでも外乱光の影響は小さい。さらに受光側光導波路１５の表面に有機着色層１６を設けることにより、外乱光が受光側光導波路１５内を伝播して受光素子１３に届くことを防ぐため、より外乱光の照度の高い環境下でも使用できるようになる。
【００１０】
本発明の光学式タッチパネル１０においては、発光素子１２から出射された光線は発光側コア１４ｂを通り、その先端部から出射し、座標入力領域１１を横断して受光側コア１５ｂの先端部に入射し、受光側コア１５ｂを通って受光素子１３に達する。座標入力領域１１を通過する光線１７の一部を指やペンが遮断すると受光素子１３に入る光線の強度が低下する。これを検知することにより指やペンの位置座標が認識される。
【００１１】
図２（概略平面図）に示すように、好ましい実施形態において本発明の光学式タッチパネル２０は矩形の座標入力領域２１の周囲に光導波路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが複数配置される。座標入力領域２１の隣接する二辺に配置された光導波路２２ａ、２２ｂの末端は発光素子２３に接続され、それに対向する二辺に配置された光導波路２２ｃ、２２ｄの末端は受光素子２４に接続される。このような光学式タッチパネル２０は二次元の座標認識が可能である。本発明の光学式タッチパネルは従来のもののように多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトトランジスタを座標入力領域の周囲に並べる必要がないので、光学式タッチパネルを薄型軽量化することができる。
【００１２】
［座標入力領域］
本明細書において「座標入力領域」とは、人間の指やペンで座標入力をおこなう領域をいう。代表的には液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネルなどの画像表示部が座標入力領域として使用される。本発明の光学式タッチパネルでは、座標入力領域の周囲の額縁部分に配置された光導波路と発光素子、受光素子が座標を認識するセンサーとして機能するため、基本的には座標入力領域にセンサーの機能を有するオーバーレイ（ＩＴＯ膜、フィルム、ガラスなどの層）がなくてもよい。オーバーレイは液晶パネルなどの画像を多少とも暗く、不鮮明にする欠点がある。光学式タッチパネルはオーバーレイを用いないため画像の劣化が生じない。
【００１３】
図１に示すように、本発明の光学式タッチパネル１０は、好ましくは座標入力領域１１の最表面に傷や汚れを防ぐための透明パネル１８を備える。透明パネル１８に特に制限はなく、ガラス板、アクリル板など任意のものが使用できる。透明パネル１８の厚みは、好ましくは１０μｍ〜５ｍｍである。透明パネル１８に直下に液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネルなどの画像表示部１９があるが、透明パネル１８による画像の劣化はほとんど生じない。
【００１４】
［発光素子・受光素子］
本発明に用いられる発光素子は近赤外領域の光を発光する素子であり、好ましくは発光ダイオードまたは半導体レーザ、さらに好ましくはＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）である。ＶＣＳＥＬは基板面に垂直方向に光を共振させ、面と垂直方向に出射させることができるため、光伝送に優れる。発光素子から出射される光の波長は近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）のいずれかである。
【００１５】
本発明に用いられる受光素子は可視および近赤外領域の光を受光し、光信号を電気信号に変換する素子である。受光素子は、好ましくはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ、またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。
【００１６】
［発光側光導波路・受光側光導波路］
図１に示すように本発明の光学式タッチパネル１０に用いられる発光側光導波路１４は、発光側クラッド層１４ｃとそれに埋設された発光側コア１４ｂを有する。受光側光導波路１５は受光側クラッド層１５ｃとそれに埋設された受光側コア１５ｂを有する。
【００１７】
本発明に用いられる発光側コア１４ｂおよび受光側コア１５ｂは、発光側クラッド層１４ｃおよび受光側クラッド層１５ｃよりも屈折率が高く、伝播する波長の光に対して透明性の高い材料で形成される。発光側コア１４ｂおよび受光側コア１５ｂを形成する材料は、好ましくはパターンニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂としては、好ましくはアクリル系紫外線硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、シロキサン系紫外線硬化樹脂、ノルボルネン系紫外線硬化樹脂、ポリイミド系紫外線硬化樹脂などが挙げられる。
【００１８】
発光側クラッド層１４ｃの屈折率は発光側コア１４ｂの屈折率よりも低い。受光側クラッド層１５ｃの屈折率は受光側コア１５ｂの屈折率よりも低い。発光側コア１４ｂおよび受光側コア１５ｂと発光側クラッド層１４ｃおよび受光側クラッド層１５ｃとの屈折率差は、好ましくは０．０１以上であり、さらに好ましくは０．０２〜０．２である。
【００１９】
発光側コア１４ｂおよび受光側コア１５ｂと発光側クラッド層１４ｃおよび受光側クラッド層１５ｃを形成する樹脂の屈折率は、樹脂に導入する有機基の種類や含有量によって、適宜増加ないし減少させることができる。例えば環状芳香族性の基（フェニル基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは樹脂分子中の含有量を増加させることにより、樹脂の屈折率を大きくすることができる。逆に例えば直鎖または環状脂肪族系の基（メチル基、ノルボルネン基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは樹脂分子中の含有量を増加させることにより、樹脂の屈折率を小さくすることができる。
【００２０】
発光側コア１４ｂおよび受光側コア１５ｂの断面形状は、特に制限はないが、パターンニング性に優れた台形または四角形が好ましい。コア断面の下底のコア幅は、好ましくは１０μｍ〜５００μｍであり、コア断面の上底中点と下底中点を結ぶコア高さは、好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。発光側光導波路１４および受光側光導波路１５は、プラズマを用いたドライエッチング法、転写法、露光・現像法、フォトブリーチ法などの任意の製法により作製される。
【００２１】
［有機着色層］
本発明の光学式タッチパネル１０に用いられる有機着色層１６は可視光の透過率が低く、近赤外光の透過率が高い。有機着色層１６は波長６００ｎｍの可視光の透過率が好ましくは２０％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。さらに波長８５０ｎｍの近赤外光の透過率が好ましくは８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。
【００２２】
有機着色層１６は好ましくは１種以上の有機色素を含み、樹脂バインダーや紫外線吸収剤などを含んでいてもよい。有機色素は可視光の広い領域で光吸収性が大きく、近赤外光領域では光吸収性が小さいか、または無いものが好ましい。このような特性を有する有機色素としては、例えばＣ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｂｌａｃｋ２７、２８、２Ｇなどの黒色色素、特公平４−３８４２号公報に記載のアントラキノン系色素、特開平９−３３１１号公報に記載の緑色色素と赤色色素を含む混合物などが挙げられる。
【００２３】
有機着色層１６の厚みは、好ましくは５μｍ〜５０μｍであり、さらに好ましくは１０μｍ〜４０μｍである。光導波路を用いた光学式タッチパネルであれば、この厚み範囲の有機着色層で十分な光学特性が得られ、光学式タッチパネルの軽量化・薄型化ができる。上記有機着色層を受光側光導波路の表面の少なくとも一部に形成する方法としては、例えば光導波路を有機色素液に漬け、引き上げ膜を作るディップ法、有機色素液を霧状にして光導波路に吹き付けるスプレー法、有機色素液をコータにより塗布するキャスト法などが挙げられる。なお、本発明においては上記方法により、発光側光導波路の表面の少なくとも一部に有機着色層が形成されていてもよい。
【００２４】
［光学式タッチパネルの作製方法］
図３に示すように、本発明の光学式タッチパネル３０を作製する一つの方法では、まず上述の方法を用いて２種類のＬ字型の光導波路３１ａ、３１ｂを作製し、これら２つのＬ字型光導波路３１ａ、３１ｂの出射端、入射端が座標入力領域３２を隔てて互いに対向するように配置する。次に一方の光導波路３１ｂのコア末端部を発光素子３３に結合し、他方の光導波路３１ａのコア末端部を受光素子３４に結合する。この方法によれば、例えば露光・現像法により光導波路を作製する場合、比較的小面積のフォトマスクを用いても大面積の光学式タッチパネルを作製することができる。
【００２５】
本発明の光学式タッチパネルの作製方法は、上記のＬ字型光導波路を組み合わせる方法に限定されない。４つのＩ字型光導波路を組み合わせてもよいし、□の字型の光導波路を一度に作製してもよい。
【００２６】
［用途］
本発明の光学式タッチパネルの用途に特に制限はないが、例えば自動券売機や銀行のＡＴＭなどの公共用入力装置、携帯電話やゲーム機などの携帯機器、コピー機などのオフィス機器、カーナビ、ＰＯＳシステム、産業機械の操作パネルなどに用いられる。
【実施例１】
【００２７】
［クラッド層形成用ワニスの調製］
・［成分Ａ］脂環骨格を有するエポキシ系紫外線硬化樹脂（アデカ社製  ＥＰ４０８０Ｅ）  １００重量部
・［成分Ｂ］光酸発生剤（サンアプロ社製  ＣＰＩ−２００Ｋ）  ２重量部
を混合してクラッド層形成用ワニスを調製した。
【００２８】
［コア形成用ワニスの調製］
・［成分Ｃ］フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製  オグソールＥＧ）  ４０重量部
・［成分Ｄ］フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（ナガセケムテックス社製  ＥＸ−１０４０）  ３０重量部
・［成分Ｅ］１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル）ブトキシフェニル）ブタン（製法後述）  ３０重量部
・上記成分Ｂ  １重量部
・乳酸エチル  ４１重量部
を混合してコア形成用ワニスを調製した。
【００２９】
［１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル）ブトキシフェニル）ブタンの製法］
温度計、冷却管及び攪拌装置を備えた２００ｍｌの三口フラスコに、１，３，３−トリス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン６．６８ｇ（２０ｍｍｏｌ）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２５ｍｌとを入れ、窒素雰囲気下８０℃に加熱しながら完全に溶けるまで攪拌した。溶解後、炭酸セシウム２３．４６ｇ（７２ｍｍｏｌ）を加え、さらに３０分攪拌した。そこに、先に合成した２−（３−オキセタニル）ブチルトシレート１７．８４ｇ（６６ｍｍｏｌ）を加え、窒素雰囲気下８０℃で２０時間攪拌した。反応終了後、室温まで冷却したのち、酢酸エチル１００ｍｌと蒸留水５０ｍｌとを加え、その後放置し、水相と有機相に分離した。このように分離した有機相を抽出し、これを水でさらに洗浄し、無水硫酸マグネシウムで一晩乾燥させた。その後、硫酸マグネシウムを濾別し、さらに溶媒を留去することにより、反応粗生成物を得た。この粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶離液：ｎ−ヘキサン／アセトン）により分離精製し、無色透明の半固形体１２．２０ｇ（収率９７％）を得た。そして、このようにして得られた化合物は、 1Ｈ−ＮＭＲおよび13Ｃ−ＮＭＲ（ともに日本電子社製）を用いて分析した結果、１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタンであることが確認された。
【００３０】
［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面にクラッド層形成用ワニスを塗布し、紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射したのち、８０℃で５分間加熱処理して、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した。アンダークラッド層の波長８３０ｎｍにおる屈折率は１．５１０であった。
【００３１】
アンダークラッド層の表面にコア形成用ワニスを塗布し、１００℃で５分間加熱処理してコア層を形成した。コア層にフォトマスクをかぶせて（ギャップ１００μｍ）紫外線（測定波長３６５ｎｍ）を２５００ｍＪ／ｃｍ２照射し、さらに１００℃で１０分間加熱処理した。コア層の紫外線未照射部分をＹ−ブチロラクトン水溶液で溶解除去し、１２０℃で５分間加熱処理して、コア幅２０μｍ、コア高さ５０μｍのコアを図３のＬ字型光導波路の得られるようにパターンニングした。コアの屈折率は波長８３０ｎｍで１．５９２であった。
【００３２】
次にこの光導波路を有機色素（有本化学社製  ＦＳ−Ｂｌａｃｋ１９２７）を含む溶液に室温で１分間浸漬し、次に８０℃で３０分間乾燥して、光導波路の表面に厚み１０μｍの有機着色層を形成した。有機着色層の透過スペクトルは図４に通りであり、波長６００ｎｍの可視光透過率が０．９％であり、波長８５０ｎｍの近赤外光透過率が９５．６％であった。
【００３３】
［比較例］
光導波路を有機色素を含む溶液に浸漬せず、光導波路の表面に有機着色層を形成しなかったこと以外は実施例と同様にして光導波路を作製した。
【００３４】
［評価］
図３に示すように実施例で作製した光導波路３１ａ、３１ｂを２つ用意した。一方の光導波路３１ｂの末端には波長８５０ｎｍの光を出射する発光素子３３（Ｏｐｔｗｅｌｌ社製  ＶＣＳＥＬ）を連結した。他方の光導波路３１ａの末端には受光素子３４（ＴＡＯＳ社製  ＣＭＯＳリニアセンサーアレイ）を連結した。各光導波路３１ａ、３１ｂの出射端、入射端が座標入力領域３２を隔てて対向するように配置し、図３に示す対角３インチの光学式タッチパネル３０を作製した。また比較例で作製した光導波路を用いて実施例と同様に光学式タッチパネルを作製した。
【００３５】
実施例および比較例の光学式タッチパネルについて、暗室において発光素子から強度５０００μＷの光を出射したところ、受光素子で５μＷの光を受光した。この光学式タッチパネルを外乱光のある環境におき、受光素子で受光した外乱光の強度を測定した。このとき発光素子は発光していない。結果を表１に示す。
【表１】
2010039804.tif 000003
【００３６】
実施例の有機着色層を有する光学式タッチパネルは、屋外日陰においても外乱光の受光強度（１．２μＷ）が、暗室における発光素子からの受光強度（５μＷ）に比べて十分小さい。このため屋外日陰においても使用可能である。これに対し比較例の有機着色層の無い光学式タッチパネルは、屋外日陰における外乱光の受光強度（４．６μＷ）が、暗室における発光素子からの受光強度（５μＷ）に近い。このため屋外日陰においては誤作動する可能性が高く、使用できない。
【００３７】
［測定方法］
［屈折率］
クラッド層形成用ワニスおよびコア形成用ワニスをそれぞれシリコンウエハ上にスピンコートにより成膜して屈折率測定用サンプルを作製し、プリズムカプラー（サイロン社製  ＳＰＡ−４００）を用いて測定した。
【００３８】
［コア幅、コア高さ］
作製した光導波路をダイサー式切断機（ＤＩＳＣＯ社製  ＤＡＤ５２２）を用いて断面切断し、切断面をレーザー顕微鏡（キーエンス社製）を用いて観察測定した。
［透過率］
分光光度計（日立製作所製  Ｕ−４１００）を用いて、ガラス板上に形成した厚み１０μｍの有機着色層の透過スペクトルを測定した。この測定は有機着色層を形成していないガラス板をレファレンスとして測定したのちに行なった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光学式タッチパネルの概略断面図
【図２】本発明の光学式タッチパネルの概略平面図
【図３】本発明の光学式タッチパネルの製法の説明図
【図４】有機着色層の透過スペクトル
【符号の説明】
【００４０】
１０          光学式タッチパネル
１１          座標入力領域
１２          発光素子
１３          受光素子
１４          発光側光導波路
１４ａ        出射端
１４ｂ        発光側コア
１４ｃ        発光側クラッド層
１５          受光側光導波路
１５ａ        入射端
１５ｂ        受光側コア
１５ｃ        受光側クラッド層
１６          有機着色層
１７          光
１８          透明パネル
１９          画像表示部
２０          光学式タッチパネル
２１          座標入力領域
２２ａ、２２ｂ  光導波路
２２ｃ、２２ｄ  光導波路
２３          発光素子
２４          受光素子
３０          光学式タッチパネル
３１ａ        光導波路
３１ｂ        光導波路
３２          座標入力領域
３３          発光素子
３４          受光素子
【図１】
2010039804.tif 000004
【図２】
2010039804.tif 000005
【図３】
2010039804.tif 000006
【図４】
2010039804.tif 000007